各種金屬材料的成形工藝大全

　　

 

材料成形方法是零件設計的重要內容，也是製造（zào）者們極度關心的問題，更是材料加工過程中的關鍵因素，今天就帶大家來（lái）看看各種金屬成形工藝。

 

▌ 鑄造

 

液態金屬澆注（zhù）到與（yǔ）零件形狀、尺寸（cùn）相適應的鑄型型（xíng）腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯（pī）或零件的生產方法（fǎ），通常稱為金屬液態成形（xíng）或鑄造（zào）。

 

工藝流（liú）程：液體金（jīn）屬→充型→凝固收縮（suō）→鑄件

 

工藝特點：

1、可生產形狀任意（yì）複雜的製（zhì）件（jiàn），特別是內腔形狀複雜的製件。

2、適應性強，合金種類不受限（xiàn）製，鑄（zhù）件大小幾乎不受限製。

3、材料來源廣，廢品可重熔，設備投資低。

4、廢品率高、表（biǎo）麵（miàn）質量較低、勞動條件（jiàn）差。

 

鑄造（zào）分類 ：

 

（1）砂型鑄（zhù）造（sand casting）

 

砂型鑄造：在砂型中（zhōng）生產鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和（hé）大多數有（yǒu）色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲（huò）得（dé）。

 

工藝（yì）流程（chéng）：

 

砂型鑄造工藝流程（chéng）

 

技術特點（diǎn）：

1、適合於製（zhì）成形狀複雜，特別（bié）是具有複雜內（nèi）腔的毛坯；

2、適應性廣，成本低；

3、對於（yú）某些塑性很差的材料，如鑄鐵等，砂型鑄造是製造其（qí）零件或，毛坯的唯一的成形工藝。

 

應用：汽車的發動機氣缸體（tǐ）、氣缸蓋、曲（qǔ）軸（zhóu）等鑄件

 

（2）熔模鑄造(investmentcasting)

 

熔模鑄造：通常是指在易熔材料製成模樣，在模樣（yàng）表麵包覆若幹層（céng）耐（nài）火材料（liào）製成型殼，再將模樣熔化排出型殼，從而獲得無分型（xíng）麵的鑄型，經（jīng）高溫焙燒後即可填砂澆注的鑄造方案。常稱（chēng）為“失蠟鑄造”。

 

工藝流程：

熔模鑄造工藝流程

 

優點：

1、尺寸精度和（hé）幾何精度高；

2、表麵粗糙度高；

3、能夠鑄造外型複雜的鑄件，且鑄造的合金不受限製。

 

缺點：工序繁雜，費（fèi）用較高

 

應（yīng）用：適用於生（shēng）產形狀複雜、精度要求高、或很難進行其它加工的小型零件，如渦輪發動機的葉片等。

 

（3）壓力鑄造(die casting)

 

壓鑄：是利用高壓（yā）將金屬（shǔ）液高速壓入一精密金屬模具型腔（qiāng）內，金屬液在壓力作用下冷卻凝固而形成鑄件。

 

工（gōng）藝流程：

 

優點：

1、壓鑄時金屬液體（tǐ）承（chéng）受壓力高，流（liú）速快

2、產品質量好（hǎo），尺寸穩定，互換性好；

3、生產效率高，壓鑄模使用次數多；

4、適合大（dà）批大量生產，經濟效益好。

 

缺點：

1、鑄件容易產生細小的氣孔和縮鬆。

2、壓鑄件塑性低，不宜在衝擊（jī）載荷及有震動的情況下工作；

3、高熔點合金壓鑄時，鑄型（xíng）壽命低，影（yǐng）響壓鑄生產的擴大。

 

應用：壓鑄件最（zuì）先應用在汽車工（gōng）業和儀表工業，後來逐步擴大到各個行業，如農業機械、機床工業、電子工業、國防（fáng）工業、計算機、醫（yī）療器（qì）械、鍾表、照相機和（hé）日用五金等多個行業。

 

（4）低壓鑄造(low pressure casting)

 

低（dī）壓鑄造：是指使液（yè）體金屬在（zài）較低壓力(0.02～0.06MPa)作用下充填鑄型，並在壓力（lì）下結晶以形成鑄件的方法.。

 

技（jì）術特點：

1、澆注時的壓力和速度可以調節，故可適（shì）用於各種不同鑄型（如金屬型（xíng）、砂型等），鑄造（zào）各種合金及各種大小的鑄件；

2、采用底注式充（chōng）型，金屬液充型平穩，無（wú）飛（fēi）濺現象，可避免卷入氣體及對型（xíng）壁和型芯的衝刷，提高（gāo）了（le）鑄件的合格率；

3、鑄件在（zài）壓力（lì）下結晶，鑄件組織（zhī）致密、輪廓清晰、表麵光潔（jié），力（lì）學性能（néng）較高，對於大薄壁件的鑄造尤（yóu）為有利；

4、省去補縮冒口，金屬利用率（lǜ）提高（gāo）到90～98%；

5、勞動強度低，勞動條件好，設備簡易，易實現機械化和自動化。

 

應用（yòng）：以傳統產品為主（氣缸頭、輪轂、氣（qì）缸架等）。

 

（5）離心鑄造（zào）(centrifugal casting)

 

離心鑄造：是將金屬液澆入旋轉的鑄型中，在離（lí）心力作用下（xià）填充鑄型而凝（níng）固（gù）成形的一種鑄造方法。

 

優點：

1、幾（jǐ）乎不存在澆注係統和冒口係統的金屬消耗，提高工藝出品率；

2、生（shēng）產中空鑄件時可不用型芯，故在生產（chǎn）長管形鑄件時可大幅度地改善金屬充型能力（lì）；

3、鑄件致密度高（gāo），氣孔（kǒng）、夾渣等缺陷少，力學性能高；

4、便（biàn）於製造筒、套（tào）類複合金屬鑄件。

 

缺點：

1、用於生產異形鑄件時有（yǒu）一定的局限性；

2、鑄件內孔直徑不準確，內孔表麵比較粗糙，質量（liàng）較差，加工餘量（liàng）大；

3、鑄件（jiàn）易產生比重偏析。

 

應用（yòng）：

離心鑄造最早用於生產鑄管，國內外（wài）在冶金、礦山、交（jiāo）通（tōng）、排灌機械、航空、國防、汽車等行業中均采用離心鑄造工藝，來生產鋼、鐵（tiě）及非鐵碳合金鑄件。其中尤以離心鑄鐵（tiě）管、內燃機缸套和軸套等鑄件（jiàn）的生產最為普遍（biàn）。

 

（6）金屬型鑄造(gravity die casting)

 

金屬（shǔ）型（xíng）鑄造：指液（yè）態金屬在（zài）重力作（zuò）用下充填金屬鑄（zhù）型並在型中冷卻凝固而獲得鑄件的（de）一種成型方法。

 

優點:

1、金屬型的（de）熱導（dǎo）率和熱容（róng）量大，冷卻速度快，鑄件組織致密，力學性能比砂型鑄件高15%左右。

2、能獲得較高尺寸精度和（hé）較低表麵粗糙度值的鑄件（jiàn），並且質量穩定性好。

3、因不用和很少用砂芯，改善環（huán）境、減少粉（fěn）塵和有害（hài）氣體、降低勞動強度。

 

缺點：

1、金屬型本身無透氣性（xìng），必須采用一定的措施導（dǎo）出型腔中的空氣和（hé）砂芯所產生的氣體；

2、金屬型無退讓性，鑄（zhù）件凝固時容易產生裂紋；

3、金屬型製造（zào）周期較長，成（chéng）本較高。因此隻有在大量成批生產時（shí），才能顯示出好的經濟效果（guǒ）。

 

應用：

金屬（shǔ）型鑄造既適用於大批量生產形狀複雜的（de）鋁合金（jīn）、鎂合金等非鐵合金鑄件，也適合於生產鋼鐵金屬的鑄（zhù）件、鑄錠等。

 

（7）真空（kōng）壓鑄(vacuumdie casting)

 

真空鑄造：通過在壓（yā）鑄過程中抽除壓鑄模具型腔內（nèi）的氣體（tǐ）而消除或顯著減少壓鑄件內的氣孔和溶（róng）解氣體，從而提高壓鑄件力學性能和表麵質量的先進壓鑄工藝。

 

優點：

1、消除或減少壓（yā）鑄件內部的氣孔，提高壓鑄件的機械性能和（hé）表麵質量，改善鍍覆性能;

2、減少型（xíng）腔的反壓力，可使用較（jiào）低的比壓及鑄造（zào）性能較差的合金，有可能用小機器壓鑄較大的鑄件;

3、改善了充填條件，可壓鑄較薄的（de）鑄件;

 

缺點：

1、模具（jù）密封結構複雜（zá），製造（zào）及安裝較困（kùn）難，因而成本（běn）較高;

2、 真空壓鑄（zhù）法如控製不當，效果就不是（shì）很顯著。

 

（8）擠壓鑄造(squeezing die casting)

 

擠壓鑄（zhù）造：是使（shǐ）液態或（huò）半固態金屬在高壓（yā）下（xià）凝固、流動成形（xíng），直接獲得製件或毛坯的方法。它具有液（yè）態（tài）金屬利用率高、工序簡化和質量穩定（dìng）等優點，是一種節能型的、具有潛在應用前景（jǐng）的金屬（shǔ）成形技術（shù）。

 

直接擠壓鑄造：噴塗料、澆合金（jīn）、合模、加壓、保壓、泄壓，分模、毛坯脫模、複位；

 

間接擠壓（yā）鑄造：噴塗料、合模、給料、充型、加壓、保壓、泄壓（yā），分模、毛（máo）坯脫模、複（fù）位。

 

技術特點：

1、可消除內部（bù）的（de）氣孔、縮孔和縮鬆等缺陷；

2、表麵（miàn）粗糙度低，尺寸（cùn）精度高；

3、可防止鑄造裂紋的（de）產生；

4、便於實現機械化、自動化。

 

應用：可用於生產各（gè）種類型的（de）合金，如鋁合金、鋅合金（jīn）、銅合金、球墨鑄鐵等

 

（9）消失模鑄（zhù）造（Lost foam casting ）

 

消失模鑄造（又（yòu）稱實型鑄造）：是（shì）將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結組合成模型（xíng）簇，刷塗耐火塗料並烘幹後，埋在（zài）幹石英砂中（zhōng）振動（dòng）造型（xíng），在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷（lěng）卻後形成鑄（zhù）件的新型鑄（zhù）造方法。

 

工藝流程：預發泡→發泡成型→浸塗料→烘幹（gàn）→造型→澆（jiāo）注→落砂（shā）→清（qīng）理

 

 

 

技（jì）術（shù）特點：

1、鑄件精度高，無砂芯，減少了加工時間（jiān）；

2、無分型（xíng）麵，設計靈活，自由度高；

3、清（qīng）潔生產，無汙染；

4、降低投資和生產（chǎn）成本。

 

應用：

適合成產結構複雜的（de）各種大小較精密鑄件，合（hé）金（jīn）種類不限，生產批量不限（xiàn）。如灰鑄鐵發動機箱（xiāng）體、高錳鋼彎管等（děng）。

 

（10）連續鑄造（continual casting）

 

連續鑄造：是一種先進的鑄造方法（fǎ），其原理是將熔融的（de）金屬，不斷澆入一（yī）種叫做結晶器的特殊金屬型中，凝固（結殼（ké））了的鑄件，連續不斷地從結晶器的另一端拉出，它可獲得任意長或特（tè）定的長度的鑄件。

 

技術特（tè）點：

1、由於金屬被迅速冷卻，結晶致密，組織均勻（yún），機械性能較好；

2、節約金屬，提高收得率；

3、簡（jiǎn）化了工序，免除造型（xíng）及其它工序，因而減輕了勞動強度；所需生（shēng）產麵積也大為（wéi）減少；

4、連續鑄造生產易於實現機械化和自動化，提高生產效（xiào）率。

 

應用：

用連（lián）續鑄造法可以澆注鋼、鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等斷麵形狀不變的長鑄件，如鑄錠、板坯、棒坯、管子等。

 

▌ 塑性成形

 

塑性成形：就是利用材料的塑性，在工具（jù）及模具的外力作（zuò）用下來加工製件的少切削或（huò）無切削的工藝方法。它的種類有很多，主要包括鍛造、軋製、擠壓、拉拔、衝壓等。

 

（1）鍛造

 

鍛造：是一種利用鍛壓機（jī）械對金屬坯料施加壓力，使其產生塑性變形以（yǐ）獲得具有（yǒu）一定機械性（xìng）能、一定形狀和尺寸鍛件（jiàn）的加工方法。

 

根據成形機理，鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾環、特殊鍛（duàn）造。

 

自由鍛造：一般是在（zài）錘鍛或者水壓機上，利用簡單的工具將金屬錠或者塊料錘（chuí）成所需要形狀和尺寸的加工方法（fǎ）。

 

模鍛：是在模鍛錘或者熱模鍛壓力機上利用模具來成（chéng）形的。

 

碾環：指通過專（zhuān）用（yòng）設備（bèi）碾環機生產不同直徑的環形零件（jiàn），也用來生產汽車輪轂、火車車輪等輪形零件。

 

特種鍛造（zào）：包括輥鍛、楔橫（héng）軋（zhá）、徑向鍛（duàn）造、液態模鍛等鍛造方式，這些方式都比較適用於生產某些特殊（shū）形狀的零件。

 

工藝流程：鍛坯加熱→輥鍛備坯→模（mó）鍛成形→切（qiē）邊→衝孔→矯正→中間檢驗→鍛件熱處理→清理→矯正→檢查

 

技術（shù）特點（diǎn）：

1、鍛件（jiàn）質量比鑄件高能承受大的衝擊力作用，塑性、韌（rèn）性（xìng）和其他方麵的力學（xué）性能也都比鑄件高甚（shèn）至比軋件高。

2、節約原材料，還能縮短加（jiā）工工（gōng）時。

3、生產效率高例。

4、自由鍛造適合於單件小批量生產（chǎn），靈活性比較大。

 

應用：

大型軋鋼機的（de）軋輥、人字齒輪，汽輪發電機組的轉子、葉輪、護環，巨大的水壓機工作缸和立柱，機車軸，汽車和拖拉機的曲軸、連（lián）杆等。

 

（2）軋製

 

軋製：將金屬坯料通過一對旋轉（zhuǎn）軋輥的間隙（各種形狀），因受軋輥的壓縮（suō）成型軋製使材料（liào）截麵減小，長度增加的壓力（lì）加工方（fāng）法。

 

軋製（zhì）分類：

按（àn）軋件運動分有：縱軋（zhá）、橫軋、斜軋。

 

縱軋:就是金屬在（zài）兩個旋（xuán）轉方向相（xiàng）反的軋輥（gǔn）之間通過，並在其間產生塑性變形的過程。

橫軋：軋件變形後運動方向與軋輥軸線方向（xiàng）一致。

斜軋：軋件作螺旋運動，軋（zhá）件與軋輥軸線非特角。

 

應用：

主要用在（zài）金屬材料型材，板，管材等 ，還有一些非金屬材料比如塑料製品及玻璃製品。

 

（3）擠壓

 

擠壓：坯料在三向不均勻壓（yā）應力作（zuò）用下（xià），從模具的孔口或縫隙擠出使之橫截（jié）麵積減小長度增加，成為所需（xū）製品的加工方法叫擠壓，坯（pī）料的這種加工（gōng）叫擠壓成型。

 

工（gōng）藝流程：

擠壓前準備→鑄（zhù）棒加熱→擠（jǐ）壓→拉伸扭擰校直→鋸切（定尺）→取樣檢查→人工（gōng）時效→包裝

優點：

1、生產範（fàn）圍廣，產品規格（gé）、品種多；

2、生產靈活性大，適合小批量（liàng）生產；

3、產品尺寸精度（dù）高，表麵質量（liàng）好；

4、設（shè）備投資少，廠房麵積（jī）小，易（yì）實現自動化生產。

 

缺（quē）點：

1、幾何廢料損失（shī）大；

2、金屬流動不（bú）均（jun1）勻；

3、擠壓速度低，輔助時間長；

4、工具損耗大，成本高。

 

生產適用範（fàn）圍：主要用於製造長杆、深孔、薄壁、異型斷麵（miàn）零件。

 

（4）拉拔

 

拉拔：用外力作（zuò）用於被拉金屬的前端，將金屬坯料從小於坯料斷麵的模（mó）孔中拉出，以（yǐ）獲得相應的形狀和尺寸的製（zhì）品的一種塑性加工方法。

 

優點：

1. 尺寸精確，表麵光潔；

2. 工（gōng）具、設備（bèi）簡單；

3. 連續高速生產斷麵小的長製品。

 

缺點：

1. 道次變形量與（yǔ）兩次退火間的總變形（xíng）量有限；

2. 長度受限（xiàn）製。

 

生產適用範圍：拉拔是金屬管材、棒材、型材及線（xiàn）材的主要加工方法。

 

（5）衝壓（yā）

 

衝壓：是靠（kào）壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外（wài）力，使之產（chǎn）生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工（gōng）件（衝（chōng）壓件）的成形（xíng）加工方法。

 

技術特點：

1、可得到輕量、高（gāo）剛性之製品（pǐn）。

2、生產性良好，適合大量生產、成本（běn）低。

3、可得到（dào）品質均一的（de）製品（pǐn）。，

4、材料利用率高、剪切性及回收性良好 。

 

適用範圍：

全世界的（de）鋼材中，有60～70%是板材，其中大部分經過衝壓製成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐（lú）的（de）汽包，容器的殼體，電機、電器的鐵芯矽（guī）鋼片等都是衝壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行（háng）車、辦公機械、生活器皿（mǐn）等（děng）產品中，也有大量（liàng）衝壓件。

 

▌ 機加工

 

機加工：是在在零件（jiàn）生產過（guò）程中，直接用刀具在毛坯上切除多餘金屬層厚度，使之（zhī）或者圖紙要求的尺寸精度、形狀和位置相互精（jīng）度、表麵質量等技術要求的加工過程。

 

常（cháng）用機加工方（fāng）法：

 

▌ 焊接

 

焊接：也稱作（zuò）熔接,鎔接是一種以加（jiā）熱、高溫或者高（gāo）壓的方式接合金（jīn）屬或其他熱塑性材料如塑料的製造工（gōng）藝及技術。

 

▌ 粉末冶金

 

粉末冶金：是製取金屬或用金屬粉末（或金屬粉（fěn）末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經過成（chéng）形和燒（shāo）結，製造金屬材料（liào）、複合材料以（yǐ）及各種類型製品的工藝技術。

 

優點：

1、絕（jué）大多（duō）數難熔金屬及其化合物、假合金（jīn）、多孔材料隻能用粉末冶金方法來（lái）製造。

2、節約金屬，降低產品成本。

3、不會（huì）給材料任（rèn）何汙染，有可能製取高純度（dù）的材料。

4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。

5、粉末冶金適（shì）宜於生產同一形狀而數量多的產品，能大大降低生產成本。

 

缺點：

1、在沒有批量的情況下要考慮 零件的大小。

2、模（mó）具費（fèi）用相對來說要高出鑄造模具。

 

生產適用範圍：

粉末冶金技術可以直接製成多孔、半致密或（huò）全致密材料和製品，如含油（yóu）軸承、齒輪、凸輪、導杆、刀具等。

 

▌ 金屬注射成型

 

MIM (Metal injection Molding )：是金屬注（zhù）射成形的簡稱。是將金屬粉（fěn）末與（yǔ）其粘結（jié）劑的增塑混合料注射於模型中的成形方法。它是先將所選粉末與粘結劑（jì）進行混合，然後將混合料進行製粒再（zài）注（zhù）射成形所需要的形（xíng）狀。

 

MIM工藝流程：

 

MIM流程分為四個獨特加（jiā）工步驟（混合、成型、脫脂（zhī）和燒結（jié））來實（shí）現零部件的生產，針對產品特性決定是否需要進行表麵處理。

 

 

 

技術特點：

1、一次成型負責零（líng）件；

2、製件表（biǎo）麵質量好、廢品率低、生產效率高、易於實現自動化；

3、對模具材料要求低。

 

技術核心：

粘接劑是MIM技術的核心隻有加入一定量的粘（zhān）接劑，粉（fěn）末才具有增強流動性以適合注射成型和維持坯塊的基本形狀。

 

▌ 金屬半固態成（chéng）型

 

半固態成型：利用非枝晶半固態金屬（Semi-SolidMetals，簡稱SSM）獨有的流變性和攪熔性來控製鑄件（jiàn）的質量。

 

半固態成（chéng）型可分為流變成型和（hé）觸變成型（xíng）。

 

(1)流變成型（xíng）（Rheoforming）

 

Rheo casting process

 

(2)觸變成型（Thixoforming）

 

技術特點：

1、減少液態成型缺陷（xiàn），顯著（zhe）提高質量和可靠性；

2、成型溫度比（bǐ）全（quán）液態成型溫度低，大大減少對模具的熱衝擊；

3、能製造常規液態成型方（fāng）法不可能製造（zào）的合金；

 

應用：

目前已成功用於主缸（gāng）、轉向係統零件、搖臂、發動機活塞、輪轂、傳動係統零件、燃油（yóu）係統零件和空調零件等製造等航空、電子以及（jí）消費（fèi）品等（děng）方麵。